[發(fā)明專利]一種用于全差分Gm?C濾波器的四輸入跨導(dǎo)放大器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510098896.6
• 申請日: 2015-03-06
• 公開（公告）號: CN104660194B
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳建輝;周明杰;李紅;陳超;黃成
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: H03F3/45
• 分類號: H03F3/45;H03F1/34
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務(wù)所(普通合伙)32249
• 代理人: 黃成萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于全差分Gm-C濾波器的四輸入跨導(dǎo)放大器。

背景技術(shù)

近十年來，隨著無線通信技術(shù)的快速發(fā)展以及集成電路工藝的不斷進步，催生出交叉學(xué)科無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)技術(shù)。WSN技術(shù)由于其分布式、自組織和低成本的特點，對其核心模塊無線射頻收發(fā)機提出了低功耗、高集成度和低成本的設(shè)計要求。模擬集成濾波器作為接收機中的重要模塊，位于下混頻的后級、可變增益放大器的前級。下混頻后的中頻信號除有用信道信號外，還包含帶外干擾信號，如不加以濾除會造成后級電路的增益飽和以及干擾正常的信號解調(diào)。而模擬集成濾波器正是實現(xiàn)濾除帶外干擾信號的功能。

目前對于模擬集成濾波器的研究主要分為有源RC濾波器和Gm-C濾波器兩個方面。有源RC濾波器中，運算放大器工作在閉環(huán)負反饋狀態(tài)，可以為濾波器提供很高的線性度，但同時也帶來濾波器帶寬的限制和功耗的惡化，因此限制了有源RC濾波器主要用于1MHz～10MHz的頻率范圍內(nèi)。Gm-C濾波器中跨導(dǎo)放大器工作在開環(huán)狀態(tài)，不受閉環(huán)帶寬的限制，工作頻率高，同時可以保持較低的功耗，因此越來越受研究者的關(guān)注。設(shè)計Gm-C濾波器的方法有很多種，如二階單元級聯(lián)法、跳耦法、多積分器反饋法。但是無論采用何種方法，都不可避免信號反饋環(huán)路的存在，同時為了提高抗干擾能力，射頻接收機中的Gm-C濾波器普遍采用全差分結(jié)構(gòu)。為了實現(xiàn)差分負反饋的功能，通常需要采用兩個相同跨導(dǎo)值的差分跨導(dǎo)放大器輸出并聯(lián)來實現(xiàn)輸出電流的相減功能，即構(gòu)成了四輸入端口兩輸出端口的全差分跨導(dǎo)放大器。常用的高性能跨導(dǎo)放大器如基于電流傳輸器的高線性跨導(dǎo)放大器由電壓電流轉(zhuǎn)換級和電流輸出級構(gòu)成。采用傳統(tǒng)的濾波器設(shè)計方式，直接并聯(lián)兩個相同的兩輸入跨導(dǎo)放大器將造成功耗的增加，不符合低功耗的設(shè)計要求。因此設(shè)計一種低功耗的四輸入跨導(dǎo)放大器具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對傳統(tǒng)全差分Gm-C濾波器中并聯(lián)相同跨導(dǎo)放大器實現(xiàn)的四輸入跨導(dǎo)放大器的高功耗缺陷，本發(fā)明提出了一種用于全差分Gm-C濾波器的四輸入跨導(dǎo)放大器，是一種通過共享電流輸出級的低功耗、高線性度的四輸入端口跨導(dǎo)放大器，采用基于電流傳輸器的高線性度跨導(dǎo)放大器，通過共享電流輸出級，在實現(xiàn)差分電流相加減的功能的同時，有效地減少了電路的功耗和面積。

技術(shù)方案：為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種用于全差分Gm-C濾波器的四輸入跨導(dǎo)放大器，包括兩個差分電壓電流轉(zhuǎn)換級和一個共享電流輸出級，分別稱兩個差分電壓電流轉(zhuǎn)換級為電壓電流轉(zhuǎn)換級A和電壓電流轉(zhuǎn)換級B；兩個差分電壓電流轉(zhuǎn)換級均由超級源跟隨器和無源電阻構(gòu)成，超級源跟隨器通過反饋精確復(fù)制差分輸入電壓，施加到無源電阻上后轉(zhuǎn)化為差分輸出電流；電壓電流轉(zhuǎn)換級A的差分輸出電流為電壓電流轉(zhuǎn)換級B的差分輸出電流為電壓電流轉(zhuǎn)換級A和電壓電流轉(zhuǎn)換級B輸出的電流通過直接并聯(lián)的形式實現(xiàn)電流的加減，然后經(jīng)過共享電流輸出級輸出到高阻抗的輸出節(jié)點；該四輸入跨導(dǎo)放大器的差分輸出電流為：

其中，為電壓電流轉(zhuǎn)換級A的差分輸入信號，為電壓電流轉(zhuǎn)換級B的差分輸入信號，R_A為電壓電流轉(zhuǎn)換級A的無源電阻，R_B為電壓電流轉(zhuǎn)換級B的無源電阻，g_A＝1/R_A，g_B＝1/R_B。

該四輸入跨導(dǎo)放大器的功能相當于將兩個差分跨導(dǎo)放大器的輸出電流相減(若交換同相和反相端則實現(xiàn)將兩個差分跨導(dǎo)放大器的輸出電流相加的功能)，這取代了傳統(tǒng)Gm-C濾波器設(shè)計中，直接將兩個相同的差分跨導(dǎo)放大器輸出并聯(lián)來實現(xiàn)電流相減的功能。

該四輸入跨導(dǎo)放大器的具體電路為：

第一PMOS晶體管PM1的柵極、第二PMOS晶體管PM2的柵極、第三PMOS晶體管PM3的柵極、第四PMOS晶體管PM4的柵極、第五PMOS晶體管PM5的柵極和第六PMOS晶體管PM6的柵極相連后并接入偏置電壓V_bp，第一PMOS晶體管PM1的源極、第二PMOS晶體管PM2的源極、第三PMOS晶體管PM3的源極、第四PMOS晶體管PM4的源極、第五PMOS晶體管PM5的源極和第六PMOS晶體管PM6的源極相連后并接入電源電壓Vdd；